Investigation of Mechanical Properties of B4C / SiC Additive Aluminum Based Composites and Modeling of Their Ballistic Performances

Öz

In this study, 7075 grade aluminum-based composites reinforced with SiC (silicon carbide) and B₄C (boron carbide) were produced with powder metallurgy at 40%, 20% and 10% reinforcement ratios. The mechanical properties of the composite samples produced in the first stage experiments were investigated. For this purpose, density, hardness, cross fracture and abrasive wear tests were performed. The results of the experiments were evaluated together with the microstructure and the microscope images of the composite samples. In the second stage of the study, the composite samples were modeled and their ballistic performance was examined by the finite element method. In ballistic analysis, 10% reinforced composites could not perform, while ballistic performance was obtained in increasing reinforcement ratios. When the production, hardness, wear and ballistic analyzes of the samples were evaluated together, it was seen that the reinforcement rate of 40% was high in such composites and not suitable for mechanical properties, 20% of the reinforcement ratio was both productibility and ballistic optimum result.

Anahtar Kelimeler

• Metal martix composite,mechanical property,ballistic performance,finite element method

B4C/SiC Katkılı Alüminyum Esaslı Kompozitlerin Mekanik Özelliklerin İncelenmesi ve Balistik Performanslarının Modellenmesi

Öz

Bu çalışmada SiC (silisyum karbür) ve B4C (bor karbür) takviyeli 7075 kalite alüminyum esaslı kompozitler, toz metalurjisi yöntemi kullanılarak, %40,%20 ve %10 takviye oranlarında üretilmiştir. İlk aşama deneylerde üretilen kompozit numunelerin mekanik özellikleri incelenmiştir. Bu amaçla yoğunluk, sertlik, çapraz kırılma ve abrasif aşınma deneyleri yapılmıştır. Deney sonuçları, kompozit numunelerin mikroskop görüntüleri ve mikroyapı özellikleriyle birlikte değerlendirilmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında, üretimi yapılan kompozit numuneler modellenerek sonlu elemanlar methodu ile balistik performansları incelenmiştir. Balistik analizlerde %10 takviyeli kompozitler başarım gösteremezken artan takviye oranlarında balistik başarım elde edilmiştir. Numunelerin üretimi, sertlik, aşınma ve balistik analizleri beraber değerlendirildiğinde,%40 takviye oranının bu tür kompozitlerde yüksek olduğu ve mekanik özellikler açısından uygun olmadığı, %20 takviye oranının hem üretilebilirlik hem de balistik açıdan optimum sonuç olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Metal matrisli kompozit,mekanik özellik,balistik performans,sonlu elemanlar metodu

Kaynakça

1. [1] Baydaroğlu, V., “Balistik Malzeme Üretimine Yönelik B4C+SiC Takviyeli Al 7075 Kompozitlerde Optimum Katkı Oranının belirlenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Kırıkkale Üniversitesi, (2018).
2. [2] Ayhan O., Ali Kaya G., Uğur Ç.,AlMatrisli B4C Takviyeli Kompozitlerin Sıcak Presleme Yöntemiyle Üretimi, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, (4) 8-13, (2007).
3. [3] Hasan H., Ferhat G.,B4C / Al Kompozitlerin Takviye Hacim Oranına Bağlı Olarak Abrasif Aşınma Davranışlarının İncelenmesi, SDU International Technologic Science, 2 (1), 15-21, (2010).
4. 4 Tang, F.,Wu, X., Ge, S., Ye, J., Zhu, H., Hagiwara, M. and Schoenung, J.M., Dry Sliding Friction and Wear Properties of B4C Particulate Reinforced Al-5083 Matrix Composites, Wear, 264, 555-561, (2008).
5. [5] Yumak, N. Pekbey, Y. Aslantaş K.,Zırh Tasarımında Kullanılan Kompozit Malzemelerin Deformasyon Karakteristiğinin Araştırılması, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi,10 (4), 1-21, (2014).
6. [6] Savio, S.G. Ramanjaneyulu, K. Madhu, V. Bhat, T.B. An experimental study on ballistic performance of boron carbide tiles, International Journal of Impact Engineering, 38, 535-541, (2011).
7. 7 Jena, P.K.,Mishra, B., Kumar, K.S., Bhat, T.B., An experimental study on the ballistic behavior of some metallic armour materials against 7.62 mm deformable projectile, Materials and Design, 31, 3308-3316, (2010).
8. 8 Fu, H.-H. Han, K.-S.,Song, J.-I. Wear properties of Saffil/Al, Saffil/Al2O3/Al and Saffil/SiC/Al hybrid metal matrix composites, Wear, 256, 705-713, (2004). 9 Alpas, A.T.,Zhang, J., Effect of microstructure (particulate size and volume fraction) and counterface material on the sliding wear resistance of particulate-reinforced aluminum matrix composites, Metallurgical and MaterialsTransactions A, 25, 969-983,(1994).

9. 10 Sawla, S.,Das, S., Combine deffect of reinforcement and heat treatment on the two body abrasive wear of aluminum alloy and aluminum particle composites, Wear, 257, 555-561, (2004).
10. 11 Buytoz, S. ve Eren H.,Al Metal Matris KompozitlerinAbrasiv Aşınma Performansına Takviye Elemanlarının Etkisi, Fırat Üniv. Fen ve Müh. Bil. Dergisi, 19 (2), 209-216, (2007).
11. [12] TS EN ISO 4498, “Sinterlenmiş metal malzemeler (sert metaller hariç) Görünen sertliğin ve mikro sertliğin tayini”, Ankara, (2011).
12. [13] TS EN ISO 6506-1,”Metalik Malzemeler Brinell Sertlik Deneyi, Bölüm 1: Deney metodu”, Ankara, (2007).
13. [14] ASTM-B 528-05, “Standard Test Method for Transverse Rupture.Strength of Metal Powder Specimens”, ASTM International, West Conshohocken, United States, (2008).
14. [15] Özkan, S., “Alüminyum Matrisli SiC Parçacık Takviyeli Kompozitlerin Mekanik Alaşımlama Yöntemiyle Üretimi ve Kuru Aşınma Davranışlarının İncelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üni. Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (2007).
15. [16] Kılıç, E.F., “Alüminyum Alaşımlı SiC Parçacık Takviyeli Kompozitlerin Toz Metalurjisi Yöntemi ile Üretimi ve Aşınma Davranışlarının İncelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üni. Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (2007).
16. [17] Kırış, A., “Hasarlı Malzemelerin Mikro Elastik Teorilerle Modellenmesi ve Eshelby Tensörleri”, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, (2007).